一種用于高海拔地區音叉式防振錘的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于高海拔地區音叉式防振錘，有效地改善錘頭在4000m以下高海拔地區330kV輸電線路中產生電暈損耗和電暈噪聲，達到節能環保的目的。防振錘包括鋼絞線、壓固于鋼絞線中心的線夾，固定于線夾兩端的音叉式結構的大錘頭和小錘頭；大錘頭和小錘頭沿其中心軸線方向依次設有外側端、中間連接結構和內側端，外側端為具有半球形端面的圓柱體，圓柱體內部設有安裝孔，中間連接結構為光滑曲面，其內部設有減重孔，內側端的上表面為音叉式結構，下表面為圓柱面結構。本發明音叉式防振錘，經仿真計算，表面最大場強降低到21kV/cm，比常規音叉式防振錘表面最大場強降低32％；防振錘在模擬4000米海拔高度條件下，起暈電壓為385kV，具有良好的防暈性能。
【專利說明】—種用于高海拔地區音叉式防振錘
【技術領域】
[0001]本發明屬于架空輸電線路的減振裝置領域，具體涉及一種用于高海拔地區音叉式防振錘。
【背景技術】
[0002]我國西部地區地處高原，針對西部地區地理特點及其能源發展規劃，對電力的需求日益增加。然而隨著海拔高度的增加,高海拔電暈問題十分突出，并且電暈放電造成的電暈損失等電暈效應，會影響輸電線路的安全經濟運行。因此，高海拔地區輸電線路的防電暈放電和電暈噪聲的問題十分必要。
[0003]電暈是因為不平滑的導體產生不均勻的電場，當電壓升高到一定值，在不均勻電場中曲率半徑小的部位，其表面電場強度超過空氣分子的擊穿強度時就會發生放電，形成電暈。電暈要消耗能量，電暈放電產生的脈沖電磁波對無線電和高頻通信會產生干擾；還會使導體表面發生腐蝕，從而降低導體的使用壽命。目前，電磁環境問題已成為高海拔地區輸電線路設計、建設和運行中必須考慮的重要因素。
[0004]電暈噪聲是由導體局部放電或電暈而產生的，它與電壓等級的高低及輸電線路所處海拔高度密切相關，電壓等級高，電氣接線復雜，則帶電導體表面的局部場強越高，局部放電或電暈越易發生；海拔高度越高地區的金具，其表面越容易出現電暈放電。
[0005]帶電金具的設計和適用條件與其表面工作場強有關，當表面工作場強高于起暈場強，將會在金具表面產生電暈放電。金具工作場強的大小與金具結構密切相關，研究表明，金具表面曲率半徑越小的部位，在相同電壓作用下，其表面工作場強越高，該處越容易出現電暈放電，從而產生電暈噪聲和電能損耗，不利于節能環保。
[0006]防振錘有多種型式，如鐘罩式、音叉式、預絞絲式等。各種防振錘在輸電線路上都可以使用，但是其防振性能略有不同，因為不同的防振錘有不同的諧振頻率。在高海拔地區，金具的防暈性能已成為一個值得關注的重要因素，對于防振錘來說同樣是如此。
[0007]根據對大量330kV輸電線路電磁環境現場實測發現，常規的防振錘在海拔高度為100(T4000m范圍內電暈放電現象比較突出，防振錘的起暈部位主要集中在錘頭兩端部分，且隨著海拔高度的增加，其放電強度和電暈噪聲隨之增大。
[0008]目前對于高海拔地區防治電暈的方法主要為通過特殊結構設計來實現，例如申請號為CN200910025011.4，發明名稱為“高壓輸電線路用防振錘”的發明專利申請，涉及電力行業輸配電線路用的一種高壓輸電線路用防振錘，由線夾、錘體、鋼絞線、至少一根預絞絲組成，線夾與鋼絞線固裝連接，所述的線夾為海馬狀結構形式；錘體為啞鈴狀結構形式，兩個錘體對稱傾斜固裝在鋼絞線的兩端；錘體表面進行了圓弧光滑處理；其解決的問題是可以吸收不同頻率振動，延長了線路的使用壽命；減振效果更好，提高了電暈電壓，減少了尖端放電，提高了整體的性能，減少了污閃。啞鈴狀的錘頭，錘頭一端大一端小，造成錘頭的曲率半徑相差加大，這會導致較小錘頭表面最大場強超過高海拔地區金具表面工作場強限值，出現電暈放電。[0009]申請號為200610048911.7，發明名稱為一種節能防振錘的發明專利，其改進點在于線夾體采用奧氏體無磁鋼材料，由于線夾體材料采用無磁鋼，隔斷了磁回路，消除或減少了電能損耗。但是該防振錘僅是對電磁損耗方面的一個改進，沒有涉及防振錘的防暈性能和防振性能。
[0010]音叉式結構防振錘屬于司托克布里奇(Stockbridge)防振錘，由一根鋼絞線兩端軸向水平固定一大一小兩個錘頭構成，并以鋼絞線的中心為支點懸掛于導線上。防振錘安裝在導線上以后，兩個錘頭隨著導線的振動而振動，這就使得鋼絞線股間相對滑移而產生摩擦阻尼力。防振錘就是利用鋼絞線的股間摩擦產生的阻尼來消耗導線系統振動能量的。防振錘的振動功率特性主要與錘頭質量、質心位置、轉動慣量和鋼絞線長度有關；防暈性能主要與錘頭兩端外側弧面的曲率半徑有關。目前，音叉式結構防振錘常規結構為:錘頭一端的上下表面均為音叉式結構，例如專利號為CN200420033437.7發明名稱為“ADSS光纜用防振錘”的實用新型專利，和專利號為CN02220409.1發明名稱為“大截面導線配套的電力金具的防振錘”的實用新型專利，即音叉結構的開叉部位貫穿整個錘頭的一端，這樣會使得防振錘的錘頭端部曲率變小，降低防振錘的起暈電壓。
[0011]綜上所述，研發一款高海拔地區防暈性能良好的防振錘，對高海拔地區輸電線路的建設將起到推進作用。
【發明內容】
[0012]本發明目的在于提供一種用于高海拔地區音叉式防振錘，防振錘采用兩端寬中間窄的錘頭結構，優化錘頭端部的曲率半徑，改善錘頭表面電場分布，從而有效地防止錘頭在4000m以下高海拔地區330kV輸電線路中產生電暈損耗和電暈噪聲，達到節能環保的目的。
[0013]為實現上述發明目的，本發明采取的技術方案為:
[0014]一種用于高海拔地區音叉式防振錘，所述防振錘包括鋼絞線、壓固于所述鋼絞線上的線夾、固定于所述鋼絞線兩端的錘頭，所述錘頭為音叉結構，其改進之處在于:
[0015]所述錘頭沿其中心軸線方向依次設有外側端、中間連接結構和內側端；
[0016]所述錘頭的外側端為具有半球形端面的圓柱體，圓柱體內部設有沿其中心軸線方向貫通所述圓柱體的安裝孔，所述安裝孔與圓柱體同軸線；
[0017]所述錘頭的內側端的上表面為音叉式結構，下表面為圓柱面結構，所述錘頭內側端的橫截面為類U型；
[0018]所述錘頭的兩端通過曲面光滑連接，所述中間連接結構的橫截面積小于端部的橫截面積，所述中間連接結構的內部開有減重孔；
[0019]所述錘頭包括大錘頭和小錘頭。
[0020]本發明的另一優選技術方案為:所述大錘頭的長度L1大于所述小錘頭的長度L2 ；所述大錘頭內側端最大橫截面積大于所述小錘頭內側端最大橫截面積；所述大錘頭和小錘頭對線夾產生的力矩相同。
[0021]本發明的又一優選技術方案為:所述安裝孔和所述減重孔相互連通且同軸線。
[0022]本發明的再一優選技術方案為:所述錘頭的制備材料為鑄鋼。
[0023]本發明的又一優選技術方案為:所述鋼絞線以冷壓鉚接方式固定在所述大錘頭和小錘頭上。[0024]本發明的再一優選技術方案為:所述安裝孔的直徑大于所述鋼絞線的直徑0.1-0.5mm。
[0025]本發明的又一優選技術方案為:所述安裝孔的兩端均設有錐度大于的錐形孔。
[0026]由于采用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明的有益效果包括:
[0027]I)防暈性能
[0028]常規音叉式防振錘在330kV額定電壓下，經仿真計算，表面最大場強達到了 31kV/cm，遠超過高海拔地區金具表面工作場強限值，必然會出現電暈現象，不能直接在高海拔地區使用。
[0029]本音叉式防振錘經過了結構上的改進，增大了薄弱點的曲率半徑，優化了錘頭的長度和高度，并將大小錘頭靠近線夾處的下表面做成整體圓柱面，大大提高了防振錘的防暈性能。本結構的音叉式防振錘經仿真計算，表面最大場強降低到了 21kV/cm。電暈試驗的結果表面，在模擬4000米海拔高度條件下，本結構防振錘的起暈電壓為385kV，遠高于330kV的額定運行電壓，有效的抑制了電暈的發生，實現了節能環保的目的。
[0030]2)防振性能
[0031]本結構的音叉式防振錘與常規音叉式防振錘相比，防振錘總質量基本保持不變；從功率特性試驗結果來看，都有四個諧振頻率，本結構與常規結構的一頻、二頻和三頻偏差較小，四頻下降10.9%，更靠近導線微風振動的頻率范圍的中心，對防振更為有利。同時，常規結構的一頻和二頻下的功率較高，譜峰較尖銳，導致峰谷比超標(大于5);本結構的一頻和二頻下的功率有所下降，峰谷比滿足要求(小于5)，總體而言，本結構防振錘的防振性能更為理想。
[0032]3)本發明防振錘適用于海拔4000米及以下高海拔地區330kV輸電線路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]下面結合附圖對本發明進一步說明。
[0034]圖1是防振錘結構示意圖；
[0035]圖2是大錘頭主視圖；
[0036]圖3是大錘頭右視圖；
[0037]圖4是大錘頭俯視圖；
[0038]圖5是小錘頭主視圖；
[0039]圖6是小錘頭右視圖；
[0040]圖7是小錘頭俯視圖；
[0041]圖8是線夾結構示意圖；
[0042]圖9是常規音叉式防振錘功率特性曲線示意圖；
[0043]圖10是本發明音叉式防振錘功率特性曲線示意圖；
[0044]附圖標記:
[0045]1-大錘頭，2-小錘頭，3-鋼絞線，4-線夾，5-安裝孔，6_減重孔。
【具體實施方式】[0046]下面結合實例對本發明進行詳細的說明。
[0047]本發明針對音叉式結構的防振錘，采用兩端寬中間窄的錘頭結構，通過合理設計錘頭的結構型式，將錘頭外側端部設計為半球形，內側端部的音叉型開口下端面為整體圓柱面，中間連接結構內部挖孔以減重，適當控制錘頭總體質量。經過這種設計，優化錘頭端部的曲率半徑，改善錘頭表面電場分布，從而有效地防止錘頭在4000m以下高海拔地區330kV輸電線路中產生電暈損耗和電暈噪聲，達到節能環保的目的。
[0048]音叉式防振錘通過優化設計錘頭表面曲率半徑以提高其防暈性能，同時，改變錘頭內部結構以保證其防振性能，本發明音叉式防振錘，能夠實現降低高海拔地區330kV輸電線路防振錘的電暈噪聲和電暈損耗。
[0049]該防振錘包括:大錘頭1、小錘頭2、鋼絞線3、線夾4和其附件。見附圖1。
[0050]大銀頭I為首叉結構，銀頭總長lOOmm ^ L1 ^ 300μπ。大銀頭I長度方向為其中心軸線方向，大錘頭I沿其中心軸線方向依次設有外側端、中間連接結構和內側端，大錘頭I的靠近線夾4的一端為內側端，遠離線夾4的一端為外側端。
[0051]大錘頭I的外側端為具有半球形端面的圓柱體，圓柱體內部設有沿其中心軸線方向貫通圓柱體的安裝孔5，安裝孔5直徑為Φ 1；安裝孔5的直徑由與之匹配的鋼絞線直徑決定，一般比鋼絞線直徑略大0.1-0.5mm,這里取15mm < (J)1S 30mm。安裝孔5與圓柱體同軸線；外側端的外表面是個光滑的弧面，弧面高度C1 ;大錘頭I的中間連接結構的外表面為光滑曲面，中間連接結構內部設有減重孔6，減重孔6的高度為D1 和D1根據防暈性能和防振性能要求，通過仿真計算、電暈試驗和功率特性試驗互相校驗后來確定，這里取30mm < C1 < 80mm, IOmm < D1 < 60mm。
[0052]附圖3大錘頭側視圖顯示，大錘頭I的內側端的側視圖為類U型。大錘頭I的內側端為上表面音叉式而下表面整體圓柱面型式，音叉結構外邊緣寬度W1、下表面圓柱面寬度W2及高度H1同樣是通過仿真計算、電暈試驗和功率特性試驗來確定，這里取60mm ^ W1 ^ 120mm, 10mm ^ W2 ^ 60mm,40mm ^ H1 ^ 100mm。從附圖 4 大銀頭結構俯視圖來看，錘頭內側端為對稱結構，外形由幾段曲率半徑不同的曲面光滑連接。整個大錘頭I的制備材料為鑄鋼，表面各弧面平滑過渡，無鑄造缺陷，表面做防腐處理。見附圖2至附圖4。
[0053]小銀頭2為首叉結構，銀頭總長lOOmm ^ L2 ^ 280mm，但小于L115小銀頭2長度方向為其中心軸線方向，小錘頭2沿其中心軸線方向依次設有外側端、中間連接結構和內側端，小錘頭2的靠近線夾4的一端為內側端，遠離線夾4的一端為外側端。
[0054]小錘頭2的外側端為具有半球形端面的圓柱體，圓柱體內部設有沿其中心軸線方向貫通圓柱體的安裝孔5，安裝孔5直徑為Φ1;與大錘頭I的安裝孔直徑相同，安裝孔5的直徑由與之匹配的鋼絞線直徑決定，一般比鋼絞線直徑略大0.1-0.5mm,這里取15mm ^ Φ j ^ 30mm。安裝孔5與圓柱體同軸線；外側端的外表面是個光滑的弧面，弧面高度(:2 ;小錘頭2的中間連接結構的外表面為光滑曲面，中間連接結構內部設有減重孔6，減重孔6的高度為D2 ;(:2和D2根據防暈性能和防振性能要求，通過仿真計算、電暈試驗和功率特性試驗互相校驗后來確定，這里取30mm < C2 < 80mm, IOmm ^ D2 ^ 60mm。
[0055]附圖6小錘頭側視圖顯示，小錘頭2的內側端的側視圖為類U型。小錘頭2的內側端也為上表面音叉式而下表面整體圓柱面型式，音叉結構外邊緣寬度W3、下表面圓柱面寬度W4及高度H2同樣是通過仿真計算、電暈試驗和功率特性試驗來確定，這里取40mm ^ W3 ^ 125mm, 10mm ^ W4 ^ 55mm,40mm ^ H2 ^ 95mm。從附圖 7 小銀頭結構俯視圖來
看，錘頭內側端為對稱結構，外形由幾段曲率半徑不同的曲面光滑連接。整個小錘頭2的制備材料為鑄鋼，表面各弧面平滑過渡，無鑄造缺陷，表面做防腐處理。見附圖5至附圖7。
[0056]鋼絞線3通常以冷壓鉚接方式固定在大錘頭I和小錘頭2上。
[0057]線夾4通常包括線夾本體、線夾蓋板、墊塊、螺栓、墊圈和螺母，線夾本體和蓋板采用鑄造鋁合金制造，表面結構平滑連接，無鑄造缺陷，與鋼絞線3壓固時無裂紋，同時螺母倒角向下。線夾結構示意圖如附圖8所示。
[0058]本發明音叉式防振錘的防暈性能如下:
[0059]常規音叉式防振錘在330kV額定電壓下，經仿真計算，表面最大場強達到了 31kV/cm，遠超過高海拔地區金具表面工作場強限值，必然會出現電暈現象，不能直接在高海拔地區使用。
[0060]本音叉式防振錘經過了結構上的改進，增大了薄弱點的曲率半徑，優化了錘頭的長度和高度，并將大小錘頭靠近線夾處的下表面做成整體圓柱面，大大提高了防振錘的防暈性能。本結構的音叉式防振錘經仿真計算，表面最大場強降低到了 21kV/cm。電暈試驗的結果表面，在模擬4000米海拔高度條件下，本結構防振錘的起暈電壓為385kV，遠高于330kV的額定運行電壓，有效的抑制了電暈的發生，實現了節能環保的目的。
[0061]本發明音叉式防振錘的防振性能如下:
[0062]圖9是常規音叉式防振錘功率特性曲線示意圖，圖10是本發明音叉式防振錘功率特性曲線示意圖；功率特性試 驗一組采用3個平行試樣，圖中的3條曲線對應3個平行試樣。
[0063]本結構的音叉式防振錘與常規音叉式防振錘相比，防振錘總質量基本保持不變；從功率特性試驗結果來看，都有四個諧振頻率，本結構與常規結構的的一頻、二頻和三頻偏差較小，四頻下降10.9%，更靠近導線微風振動的頻率范圍的中心，對防振更為有利。同時，常規結構的一頻和二頻下的功率較高，譜峰較尖銳，導致峰谷比超標(大于5);本結構的一頻和二頻下的功率有所下降，峰谷比滿足要求(小于5)，總體而言，本結構防振錘的防振性能更為理想。
[0064]綜上，本結構音叉式防振錘在防暈性能上得到了很大改善，適用于海拔4000米及以下地區330kV輸電線路中使用，同時其防振性能還得到了一定程度的改良。
[0065]此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的范圍的限制，本發明的范圍由所附的權利要求定義。
【權利要求】
1.一種用于高海拔地區音叉式防振錘，所述防振錘包括鋼絞線(3)、壓固于所述鋼絞線(3)上的線夾(4)、固定于所述鋼絞線(3)兩端的錘頭，所述錘頭為音叉結構，其特征在于: 所述錘頭沿其中心軸線方向依次設有外側端、中間連接結構和內側端； 所述錘頭的外側端為具有半球形端面的圓柱體，圓柱體內部設有沿其中心軸線方向貫通所述圓柱體的安裝孔(5)，所述安裝孔(5)與圓柱體同軸線； 所述錘頭的內側端的上表面為音叉式結構，下表面為圓柱面結構，所述錘頭內側端的橫截面為類U型； 所述錘頭的兩端通過曲面光滑連接，所述中間連接結構的橫截面積小于端部的橫截面積，所述中間連接結構的內部開有減重孔(6)； 所述錘頭包括大錘頭(I)和小錘頭(2 )。
2.如權利要求1所述的一種用于高海拔地區音叉式防振錘，其特征在于所述大錘頭(O的長度L1大于所述小錘頭(2)的長度L2 ;所述大錘頭(I)內側端最大橫截面積大于所述小錘頭(2)內側端最大橫截面積；所述大錘頭(I)和小錘頭(2)對線夾(4)產生的力矩相同。
3.如權利要求1所述的一種用于高海拔地區音叉式防振錘，其特征在于所述安裝孔(5)和所述減重孔(6)相互連通且同軸線。
4.如權利要求1所述的一種用于高海拔地區音叉式防振錘，其特征在于所述錘頭的制備材料為鑄鋼。
5.如權利要求1所述的一種用于高海拔地區音叉式防振錘，其特征在于所述鋼絞線(3)以冷壓鉚接方式固定在所述大錘頭(I)和小錘頭(2)上。
6.如權利要求1所述的一種用于高海拔地區音叉式防振錘，其特征在于所述安裝孔(5)的直徑大于所述鋼絞線(3)的直徑0.1-0.5mm。
7.如權利要求1所述的一種用于高海拔地區音叉式防振錘，其特征在于所述安裝孔(5)的兩端均設有錐度大于&的錐形孔。
【文檔編號】H02G7/14GK103633605SQ201210300668
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月22日 優先權日:2012年8月22日
【發明者】黃廷政, 劉勝春, 莫娟, 孫娜, 黃彭, 尹泉 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司